CN209210783U - 微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
一种微流控芯片，用于捕获或制备样本；所述微流控芯片包括芯片本体，所述芯片本体上形成有一流体入口、一与所述流体入口连通的上层流体通道及一下层流体通道；所述微流控芯片还包括一形成在所述上层流体通道与下层流体通道之间的通孔膜，所述通孔膜上形成有多个通孔，所述上层流体通道与所述下层流体通道通过所述通孔膜的通孔相连通，所述样本被捕获在所述通孔内。本实用新型提供的微流控芯片能够实现多次高效、快速且时间可控的试剂交换。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物医学工程设备制造技术和相关器件领域，尤其涉及一种微流控芯片。
背景技术
近年来，单细胞测序方向的技术在不断发展，成为了研究细胞异质性的一种强有力的新方法。单细胞的分离及制备是单细胞测序中第一个也是极为关键的步骤。
现有的单细胞制备技术主要包括微液滴芯片及微孔芯片。其中，微孔芯片是通过一系列微孔阵列将细胞隔离在互不相通微孔中。这种微孔芯片主要依靠细胞的重力作用使细胞沉降于芯片底部的微孔中，目前现有的微孔芯片大都是盲孔结构，即微孔的顶部与上部空间是贯通的，但微孔底部并不贯通，故芯片内流体无法从微孔顶部流入底部流出，而只能从微孔表面流过。
由于在微管道内，流体一般都处于层流状态(在一定速度范围的前提下)，即流体作层状的流动，因此，微孔内部与周围环境之间的流体交换仅由于扩散而发生，这通常需要很长时间，使得盲孔中的试剂交换过程并不是非常有效的，试剂的更换时间也不可准确控制。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种能够实现多次高效、快速且时间可控的试剂交换的微流控芯片。
一种微流控芯片，用于捕获或制备样本；所述微流控芯片包括芯片本体，所述芯片本体上形成有一流体入口、一与所述流体入口连通的上层流体通道及一下层流体通道；所述微流控芯片还包括一形成在所述上层流体通道与下层流体通道之间的通孔膜，所述通孔膜上形成有多个通孔，所述上层流体通道与所述下层流体通道通过所述通孔膜的通孔相连通，所述样本被捕获在所述通孔内。
进一步地，所述微流控芯片上还形成有一流体出口，所述流体出口与所述下层流体通道连通。
进一步地，所述微流控芯片上还形成有一流体旁路出口，所述流体旁路出口与所述上层流体通道连通。
进一步地，所述芯片本体由一上层芯片本体及一下层芯片本体组成，所述流体入口及所述上层流体通道开设在所述上层芯片本体上，所述下层流体通道开设在所述下层芯片本体上。
进一步地，所述通孔膜键合在所述上层芯片本体及所述下层芯片本体之间。
进一步地，所述上层流体通道包括一靠近且平行于所述下层流体通道的底壁，所述下层流体通道包括一靠近且平行于所述上层流体通道的上壁，所述通孔膜键合在所述上层流体通道的所述底壁上或键合在所述下层流体通道的上壁上。
进一步地，所述上层流体通道与所述下层流体通道位置相互错开，非正对。
进一步地，所述通孔膜包括一上层滤膜及一形成在所述上层滤膜上的下层滤膜，所述上层滤膜上形成有多个第一通孔，所述下层滤膜上形成有多个第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔一一对应且连通，所述样本被捕获在所述第一通孔内。
进一步地，所述第一通孔的直径大于所述样本的直径，所述第二通孔的直径小于所述样本的直径。
进一步地，所述下层滤膜与所述上层滤膜键合在一起。
本实用新型提供的微流控芯片，在所述上层流体通道及所述下层流体通道之间设置一通孔膜，通孔膜包括上层滤膜及下层滤膜，上层滤膜上设置有第一通孔，下层滤膜上设置有第二通孔，所述第一通孔及第二通孔连通所述上层流体通道及下层流体通道，且所述第一通孔的孔径大于所述样本的孔径，所述第二通孔的孔径小于所述样本的孔径，因此，本实用新型提供的微流控芯片，不仅可以将样本捕获在所述第一通孔内、提高所述样本的捕获效率，还可以实现通孔内高效且高速的试剂交换且可以准确控制试剂更换的时间。
附图说明
图1为本实用新型较佳实施例提供的一种微流控芯片的剖视图。
图2是流体在图1所示的通孔膜的通孔内的流动及捕获流体中的样本的示意图。
图3是使用图1所示的微流控芯片捕获样本的结果图。
主要元件符号说明
微流控芯片 100
上层芯片本体 10
第一表面 11
第二表面 12
流体入口 13
流体出口 14
上层流体通道 15
底壁 151
第一开口 16
流体旁路出口 17
下层芯片本体 20
第三表面 21
第四表面 22
下层流体通道 23
上壁 231
通孔膜 30
上层滤膜 31
第一通孔 311
下层滤膜 32
第二通孔 321
样本 200
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
为能进一步阐述本实用新型达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图1-3及较佳实施方式，对本实用新型提供的微流控芯片的具体实施方式、结构、特征及其功效，作出如下详细说明。
请参阅图1-3，本实用新型较佳实施方式提供一种微流控芯片100，用于捕获或制备单细胞、磁珠、微珠、微泡等样本200并实现各种流体之间的交换。
其中，所述流体可以为细胞悬浮液、磁珠悬浮液、微珠悬浮液、微泡悬浮液等中的至少一种。
其中，所述微流控芯片100包括一芯片本体，所述芯片本体上开设有一流体入口13、一上层流体通道15及一下层流体通道23。
其中，所述流体入口13与所述上层流体通道15连通，以将包含有所述样本200的流体导入所述上层流体通道15内。
其中，所述芯片本体上还形成有一流体出口14，所述流体出口14与所述下层流体通道23相连通，以将所述下层流体通道23内的流体导出所述下层流体通道23，以免堵塞所述下层流体通道23。
其中，所述上层流体通道15包括一底壁151，所述底壁151靠近且平行于所述下层芯片本体20。
其中，所述微流控芯片100还包括一流体旁路出口17，所述流体旁路出口17与所述上层流体通道15相连通，以将所述上层流体通道15内多余的所述样本200及流体导出所述上层流体通道15，以防止所述上层流体通道15被堵塞。
在本实施方式中，所述芯片本体由上层芯片本体10与下层芯片本体20组成。其中，所述流体入口13、流体出口14、上层流体通道15及流体旁路出口17均开设在所述上层芯片本体10上，所述下层流体通道23开设在所述下层芯片本体20上。
具体地，所述上层芯片本体10包括一第一表面11及一与所述第一表面11相背的第二表面12。所述上层流体通道15设置于所述第一表面11与第二表面12之间。
在本实施方式中，所述流体入口13贯穿所述第一表面11以连通所述上层流体通道15，所述流体出口14与上层流体通道15隔开设置、贯穿所述第一表面11及第二表面12，所述流体旁路出口17贯穿所述第一表面11以连通所述上层流体通道15。
具体地，所述底壁151靠近且平行于所述第二表面12。
优选地，所述流体旁路出口17位于所述流体入口13及所述流体出口14之间且靠近所述流体出口14。
在其他实施方式中，所述流体出口14及所述流体旁路出口17还可以设置在所述上层芯片本体10的连接所述第一表面11与所述第二表面12的侧壁上。
当然，所述流体出口14还可以开设在所述下层芯片本体20上，只要使得所述流体出口14与所述下层流体通道23连通即可。
在本实施方式中，所述流体入口13的直径为3毫米，所述流体出口14的直径为1.5毫米。
在其他实施方式中，所述流体入口13及所述流体出口14的直径并不局限于上述数值，而是需要根据实际情况而定。
在本实施方式中，所述上层流体通道15的高度为350微米，长度为15毫米，宽度为6毫米。
在其他实施方式中，所述上层流体通道15的高度、长度及宽度并不局限于上述数值，而是需要根据实际情况而定。
在本实施方式中，所述上层芯片本体10上还开设有第一开口16，所述第一开口16自所述第二表面12向所述上层流体通道15凹陷形成，所述第一开口16与所述上层流体通道15连通。
在本实施方式中，所述第一开口16的尺寸小于所述上层流体通道15的尺寸。
在其他实施方式中，所述第一开口16的尺寸还可以与所述上层流体通道15的尺寸一致，也即是说，所述第一开口16可以构成所述上层流体通道15的一部分，所述上层流体通道15贯穿所述第二表面12。
在本实施方式中，所述下层芯片本体20包括一面向所述第二表面12的第三表面21及一与所述第三表面21相背的第四表面22。所述下层流体通道23自所述第三表面21向所述第四表面22凹陷形成。
其中，所述下层流体通道23包括一上壁231，所述上壁231靠近且平行于所述第一流体通道15。具体地，所述上壁231靠近且平行于所述第三表面21。
在其他实施方式中，所述下层流体通道23也可以并不贯穿所述第三表面21，而是通过一第二开口(图未示)连通所述上层流体通道15及所述流体出口14。此时，所述第二开口的尺寸小于或等于所述下层流体通道23的尺寸。
在本实施方式中，所述下层流体通道23的高度为350微米，长度为15毫米，宽度为6毫米。
在其他实施方式中，所述下层流体通道23的高度、长度及宽度并不局限于上述数值，而是需要根据实际情况而定。
其中，所述上层流体通道15在所述第三表面21上的投影的一端超出于所述下层流体通道23，另一端位于所述下层流体通道23内。也即是说，所述上层流体通道15与所述下层流体通道23的位置相互错开，并非正对。
当然，在其他实施方式中，所述上层流体通道15与所述下层流体通道23的位置也可以是正对，或者其他一些关系，例如，所述上层流体通道15在所述第三表面21上的投影小于或大于所述下层流体通道23在所述第三表面21上的投影。
其中，在所述上层流体通道15与所述下层流体通道23之间还设置有一通孔膜30。
优选地，所述通孔膜30与所述芯片本体之间通过范德华力、分子力或者原子力键合成为一体。
其中，所述通孔膜30上形成有多个通孔，所述上层流体通道15与所述下层流体通道23通过所述通孔膜30的通孔相连通。
其中，所述通孔膜30的通孔用于捕获所述样本200且使得流体流过。也即是说，所述上层流体通道15内的部分所述样本200能够被捕获在所述通孔膜30的通孔内，所述上层流体通道15内的流体也可以通过所述通孔膜30的通孔流入所述下层流体通道23内。
其中，所述通孔膜30包括一上层滤膜31及一与所述上层滤膜31键合在一起的下层滤膜32。所述上层滤膜31上形成有多个阵列分布的第一通孔311，所述下层滤膜32上形成有多个阵列分布的第二通孔321。多个第一通孔311与多个第二通孔321一一对应且连通。所述上层流体通道15与多个所述第一通孔311相连通，每个所述第二通孔321与所述下层流体通道23相连通。
其中，每个所述第一通孔311的孔径大于每个所述样本200的直径，每个所述第二通孔321的直径小于每个所述样本200的直径。其中，第一通孔311与第二通孔321的孔径可以一样，甚至第二通孔321的孔径还可以比第一通孔311的孔径大，只要第一通孔311与第二通孔321相连通处的尺寸小于样本200的直径就行，例如，第一通孔311与第二通孔321之间位置可以稍微错开使他们的相连通处尺寸小于样本200的直径。也即是说，每一个所述上层滤膜31可以作为承载单个样本200的微型腔室，每一个所述下层滤膜32可以作为所述微型腔室的底层，防止所述样本200从所述第二通孔321内流失。
其中，当包含有样本200的流体从所述流体入口13进入所述上层流体通道15内时，所述流体中的样本200不仅受到自身重力，同时还受到了流经第一通孔311及第二通孔321中的流体的拖拽力，所述流体中的样本200在自身重力及流入所述第一通孔311及第二通孔321的流体的拖拽力的作用下被捕获在所述第一通孔311内，这两种力增大了所述样本200的捕获效率，所述流体通过所述第一通孔311及第二通孔321流至所述下层流体通道23内，从而实现所述样本200的捕获及流体(包括试剂及各种液体)的交换。
其中，所述上层滤膜31及下层滤膜32均由市场上现有的编制型尼龙滤膜键合而成。当然，所述上层滤膜31及下层滤膜32的材质并不局限于尼龙材质。
其中，所述第一通孔311及所述第二通孔321的孔径可以根据样本200的种类确定，进而选用市售的孔径合适的微孔滤膜通过键合制作成所述通孔膜30。因此，本案的通孔膜30可以适用于多种场景及制备多种样本。只需要根据实际需要替换不同孔径规格的滤膜即可实现对不同种类及不同大小的单个样本的捕获与制备。
在本实施方式中，所述通孔膜30键合在所述上层芯片本体10的第二表面12与所述下层芯片本体20的第三表面21之间且正对所述第一开口16。
在其他实施方式中，所述通孔膜30还可以直接键合在所述上层流体通道15的内壁上且对应所述第一开口16，或是直接键合在所述下层流体通道23的靠近所述第三表面21的内壁上。
其中，所述微流控芯片100还包括一入口储液器(图未示)及两个流体软管(图未示)。
其中，所述入口储液器连通所述流体入口13，所述入口储液器为流体进入所述流体入口13的通道。
其中，两个所述流体软管分别连接在所述流体出口14及所述流体旁路出口17上/内，两个所述流体软管分别作为所述下层流体通道23内的流体流至外界的通道及作为所述上层流体通道15内的多余的流体流至外界的通道。
在本实施方式中，在使用所述微流控芯片100捕获或制备磁珠时，包括如下步骤：
首先，在所述流体入口13处插入所述入口储液器，在所述流体出口14及所述流体旁路出口17处分别插入所述流体软管，并对所述微流控芯片100进行亲水处理。
具体地，向所述微流控芯片100中加入所述含有1％表面活性剂的磷酸缓冲盐溶液对芯片表面进行亲水处理，处理时间为15分钟。
其中，所述含有1％表面活性剂的磷酸缓冲盐溶液从所述流体旁路出口17及所述流体出口14内流出。
其次，使用磷酸缓冲盐溶液重复冲洗所述微流控芯片3～4次。
其中，所述磷酸缓冲盐溶液从所述流体旁路出口17及所述流体出口14内流出。
再次，向所述微流控芯片100中加入所述磁珠悬浮液，等待磁珠被捕获在所述第一通孔311中，等待时间为10分钟。
其中，磁珠大小范围为25～30微米，浓度范围为1000～2000磁珠每微升。
其中，所述磁珠会在自身重力及流至所述第一通孔311及第二通孔321内的流体产生的拖拽力的作用下被捕获在所述第一通孔311内。
之后，加入磷酸缓冲盐溶液并重复冲洗所述微流控芯片3次，以冲走所述第一通孔311外的多余磁珠。
其中，所述多余的流体及磁珠从所述流体旁路出口17内流出，所述下层流体通道23内的流体从所述流体出口14内流出。
若是要捕获或制备单细胞，则只需要在上述步骤的基础上，加入细胞悬浮液，被捕获至所述第一通孔311中并与所述第一通孔311中的磁珠上，再加入细胞裂解液即可得到捕获到核酸的磁珠，之后，使用磁铁等磁性体吸取所述捕获到核酸的磁珠，并使用缓冲液将细胞从所述上层流体通道15中冲出，并从所述流体旁路出口17流出即可。
本实用新型提供的微流控芯片100，1)在所述上层流体通道15及所述下层流体通道23之间键合一通孔膜30，且通孔膜30上设置有多个通孔，所述通孔连通所述上层流体通道15及下层流体通道23，因此，本实用新型提供的微流控芯片100，不仅可以提高所述样本的捕获效率，还可实现通孔内高效且高速的试剂交换且可以准确控制试剂更换的时间；2)本实用新型的所述通孔膜30可以直接使用市售的孔径合适的微孔膜键合而成，因此，本案的微流控芯片100具有低成本、高通量、材料简单、工艺简单等特点，比起现有技术兼容性及通用性更强，因此可应用于更多领域：单细胞捕获、单细胞成像、细胞筛选、微珠或微泡的高通量捕获及操纵、单细胞建库测序等，为单细胞分析、培养、筛选、DNA/mRNA测序等技术提供了巨大的潜力。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施方式而已，并非对本实用新型任何形式上的限制，虽然本实用新型已是较佳实施方式揭露如上，并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种微流控芯片，用于捕获或制备样本；所述微流控芯片包括芯片本体，所述芯片本体上形成有流体入口、与所述流体入口连通的上层流体通道及下层流体通道；其特征在于，所述微流控芯片还包括形成在所述上层流体通道与下层流体通道之间的通孔膜，所述通孔膜上形成有多个通孔，所述上层流体通道与所述下层流体通道通过所述通孔膜的通孔相连通，所述样本被捕获在所述通孔内。
2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片上还形成有流体出口，所述流体出口与所述下层流体通道连通。
3.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片上还形成有流体旁路出口，所述流体旁路出口与所述上层流体通道连通。
4.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体由上层芯片本体及下层芯片本体组成，所述流体入口及所述上层流体通道开设在所述上层芯片本体上，所述下层流体通道开设在所述下层芯片本体上。
5.如权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述通孔膜键合在所述上层芯片本体及所述下层芯片本体之间。
6.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述上层流体通道包括一靠近且平行于所述下层流体通道的底壁，所述下层流体通道包括一靠近且平行于所述上层流体通道的上壁，所述通孔膜键合在所述上层流体通道的所述底壁上或键合在所述下层流体通道的上壁上。
7.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述上层流体通道与所述下层流体通道位置相互错开、非正对。
8.如权利要求1-7任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述通孔膜包括上层滤膜及形成在所述上层滤膜上的下层滤膜，所述上层滤膜上形成有多个第一通孔，所述下层滤膜上形成有多个第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔相连通，所述样本被捕获在所述第一通孔内。
9.如权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一通孔的直径大于所述样本的直径，所述第二通孔的直径小于所述样本的直径。
10.如权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，所述下层滤膜与所述上层滤膜键合在一起。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201821833482.9U CN209210783U (zh) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | 微流控芯片 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201821833482.9U CN209210783U (zh) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | 微流控芯片 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN209210783U true CN209210783U (zh) | 2019-08-06 |
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| CN (1) | CN209210783U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111925909A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-13 | 四川大学华西医院 | 一种用于单细胞和单微球共捕获的装置及方法 |
-
2018
- 2018-11-07 CN CN201821833482.9U patent/CN209210783U/zh active Active
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